彭州市某蔬菜基地蔬菜中重金属含量特征及健康风险评价

刘家琴，刘恒豪，郑钰钏，谭自龙，邓小敏，王欧平

(西华大学 理学院，四川 成都 610000)



彭州市某蔬菜基地蔬菜中重金属含量特征及健康风险评价

刘家琴，刘恒豪，郑钰钏，谭自龙，邓小敏，王欧平

(西华大学 理学院，四川 成都 610000)

摘要：采集5种不同品种共14个蔬菜样品，以70%硝酸和30%过氧化氢为消解液，140 ℃消解3～4 h，采用ICP-MS法测定样品中铬(Cr)、铜(Cu)、砷(As)、镉(Cd)、铅(Pb)等5种重金属元素的含量，并讨论了蔬菜中重金属的含量差异和富集特征；采用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法对蔬菜中重金属污染进行评价；采用美国环保署(USEPA)于2000年发布的目标系数危害法对蔬菜食用安全性进行评价.结果表明：5种重金属平均浓度大小为Cu >Cr >Cd >As >Pb，除Cu外，其他重金属均存在不同程度的污染；THQ(目标危害系数)计算结果表明，Cu，As，Pb对成人和儿童存在的健康风险不明显；土豆中Cr，Cd对人体存在一定健康风险；Cd在14种蔬菜中超标率最高，且 Cd对儿童的健康危害大于成人.

关键词：彭州市；重金属；蔬菜；健康风险评价

蔬菜会富集来自于土壤和环境中的重金属，通过食物链危及人类健康.由于农药的滥用、工厂污染物的排放、生活垃圾的肆意丢弃，环境重金属污染日益严重，蔬菜重金属污染方面的研究日益增多[1-11]，研究结果可为土壤修复以及在某土壤中种植适宜的蔬菜种类提供一定的依据.

彭州市位于成都市北郊，拥有全国无公害蔬菜生产示范基地，蔬菜及其加工产品销售遍及全国30多个省、区、市，300多个市(县)，并远销日本、韩国、俄罗斯及东南亚等国家和地区.而近年来针对于彭州市蔬菜重金属污染的研究还未见报道.本研究以彭州市凤霞村蔬菜基地为研究对象，采集了5种不同蔬菜中共14个样品，测定了不同蔬菜中重金属含量，参照GB2762-2012 食品安全国家标准《食品中污染物限量》[12]，应用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法对蔬菜中重金属污染进行评价；采用美国环保署2000年发布的目标系数危害法对蔬菜食用安全性进行评价.

目前常用的测定蔬菜重金属离子含量的方法有原子荧光光谱法(AFS)、原子吸收分光光度法(AAS)、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)[13-14].因ICP-MS具有检出限低，灵敏度高、干扰较少、准确度好等特点，本研究采用ICP-MS法测定金属离子浓度.

1材料与方法

1.1仪器与试剂

仪器：ICP-MS(安捷伦7700型)、超纯水机(优普VLVP-Ⅳ型)、恒温干燥箱、密封消解罐(聚四氟乙烯材料特制).

试剂：HNO3(分析纯)、H2O2(分析纯)、超纯水.

1.2样品的采集

蔬菜样品采自彭州市凤霞村，通过资料收集与实地考察，对凤霞村蔬菜基地实行近似网络布点，分别采集了新鲜成熟期的空心菜(4份)、芹菜(4份)、莴苣(3份)、萝卜(2份)、土豆(1份)5种蔬菜共14个样品，每个蔬菜样品采集可食部分，所取重量不少于500 g，将所取得的蔬菜样品装入聚乙烯袋中密封，以防水分蒸发，并编号1～14号.

1.3分析方法

1.3.1样品的制备、前处理及重金属含量测定

将所采集到蔬菜样品去除明显腐叶、根和表皮等杂物，仅保留可食部分(其中芹菜仅取其茎)，称量各蔬菜鲜重，用自来水和去离子水反复冲洗，滤纸吸干菜样表面的水分后，置于烘箱中 105 ℃杀青 30 min 后，将温度调至65 ℃烘至恒重，称量蔬菜干重并计算样品含水量[2].烘干后用研钵研磨，分别过20目和100目塑料筛，过筛后的蔬菜样品用磨口玻璃瓶盛装，编号同1.2，待测.为研究同种蔬菜不同部位对重金属的富集特征，将4个芹菜样品的根、茎、叶分别作以上处理，并编号1*～12*.

为防止蔬菜试样受到污染，样品预处理中所用到的所有玻璃器皿及消解罐均用(1+4)硝酸浸泡24 h，先用清水反复冲洗后再用去离子水冲洗干净.采用恒温干燥箱消解试样，用精确至0.000 1 g的分析天平称取制备好的1～14号蔬菜样品0.500 0 g于50 mL聚四氟乙烯消解罐中，加入4 mL 质量浓度70%的HNO3浸泡 1 h后，再加入1 mL 质量浓度30%的H2O2加盖密封，放入烘箱中，调节烘箱温度为140～160 ℃加热3～4 h.消解结束后，将消解罐取出，待消解液冷却后将其转移至50 mL容量瓶中，用去离子水至少冲洗消解罐内壁3次，将容量瓶中溶液用去离子水稀释至刻度，混匀后待测.分别编号1～14.对1*～12*样品做相同处理，并做好编号.同时做空白试验.

所有样品中铬(Cr)、铜(Cu)、砷(As)、镉(Cd)、铅(Pb)的浓度均在ICP-MS(安捷伦7700型)上测定.

1.3.2蔬菜重金属污染评价方法

本文采用单因子指数法和内梅罗综合污染指数法对蔬菜重金属污染进行评价.其计算公式[15]分别如下：

① 单项污染指数法(单因子指数法)：

(1)

式中：Pi为蔬菜中重金属污染物的单项污染指数；Ci为该污染物的实际测量浓度，mg·kg-1；Si为该污染物的参考标准，mg·kg-1.

② 综合污染指数法(内梅罗综合污染指数法)：

(2)

式中：Pz为蔬菜重金属的综合污染指数；(Ci/Si)ave为各单项重金属元素污染指数的平均值；(Ci/Si)max为各单项重金属污染指数最大值.蔬菜重金属单因子指数和综合污染指数分级标准参见文献[15].

蔬菜中Cr，As，Cd，Pb选用《食品安全国家标准》(GB2762-2012)作为评价标准，Cu限量标准参照《食品中铜限量卫生标准》(GB15199-1994)[16].蔬菜中重金属污染物限量值见表1.

表1　蔬菜中重金属污染物限量值 (mg·kg-1)

1.3.3蔬菜食用安全性评价方法

健康风险评价是 20 世纪 80 年代以来新兴的研究领域，它以风险度作为评价指标，定量描述环境污染对人体健康产生的健康危害.本文采用的目标危害系数法由美国环保署USEPA提出，该方法根据成人及儿童的标准体重建立，计算方法如下：

单一重金属风险: THQ=[(EF×ED×FIR×C)/(RFD×WAB×TA)]×10-3

其中：EF为接触频率(以365天计)，d/年；ED为人的平均寿命(70岁)；FIR为消化食物的比率，成人和儿童分别为301.4 g/d/人和231.5 g/d/人；C为食物中的重金属含量(采用本次调查测得的各类蔬菜中重金属含量平均值)，mg/kg；RFD为各种金属的参比计量 [RFD(Cr) = 3×10-3，RFD(Cu) = 4×10-2，RFD(As) =5×10-2，RFD(Cd) = 1×10-3，RFD(Pb) = 4×10-3]，mg/kg/人；WAB为人的平均体重(成人以55.9 kg计，儿童以32.7 kg计)；TA为平均接触时间，d(以70岁计). 计算结果THQ<1 时，表明污染物对人体健康造成的影响不明显；THQ>1 时，表明该污染物可引起人体的健康风险，THQ值越大则表明该污染物对人体产生的健康风险越大.采用 origin软件对数据进行分析.

2结果与讨论

2.1凤霞村蔬菜基地中蔬菜重金属污染水平

凤霞村蔬菜基地不同蔬菜中铬、铜、砷、镉、铅5种重金属检测结果见表2，同种蔬菜不同部位中重金属检测结果见表3.由表2可以看出，采集的蔬菜样品中5种重金属浓度范围为Cr：0.07～1.32 mg/kg；Cu：0.01～4.34 mg/kg；As：0.01～0.22 mg/kg；Cd：0.01～1.26 mg/kg；Pb：0.01～0.10 mg/kg. Cr和Cu在土豆中浓度最高；As在空心菜中浓度最高；Cd和Pb在萝卜中的浓度最高.由表3可知，同种蔬菜的不同器官对不同的重金属富集程度也有所差异.实验结果显示，芹菜的根对Cr，Cu，As，Cd，Pb的富集作用最明显，其次为叶，芹菜茎对以上几种重金属的富集作用最小.

表2　凤霞村蔬菜基地中不同蔬菜重金属浓度(mg·kg-1)

表3　凤霞村蔬菜基地中同种蔬菜

表2中1#～4#为空心菜；5#～8#为芹菜；9#～10#为萝卜；10#～13#为莴苣；14#为土豆.表3中的1*、4*、7*、10*分别为表2中5～8#芹菜的根，2*、5*、8*、11*分别为以上芹菜的茎，3*、6*、9*、12*分别为以上芹菜的叶.

2.2蔬菜重金属污染评价

以食品安全国家标准为评价标准，应用表2和表3的数据结果，根据公式(1)和公式(2)计算蔬菜重金属污染指数，所得不同蔬菜单项重金属污染指数见表4，同种蔬菜不同部位单项重金属污染指数见表5；不同蔬菜综合污染指数见表6.

从表4的数据可以看出：土豆中Cr含量最高，属于中度污染，13#莴苣中Cr属于轻污染；9#萝卜中Cd含量严重超标，是国家标准限量值的12倍，5#芹菜和14#土豆中的Cd均属于轻污染；除9#萝卜中Pb属于轻污染外，其他样品中Pb，Cu含量均低于国家限量值，处于优良水平.

由表6的数据可知：除Cu和As外，其他3种元素的状态都不是最佳的，其中Pb处于警戒限，Cr属于轻污染， Cd属于重污染.

表4　不同蔬菜重金属单项污染指数值

表5　同种蔬菜不同部位重金属单项污染指数值

表6　不同蔬菜中重金属综合污染指数值

2.3蔬菜重金属健康风险分析

从表7可以看出，Cu，As，Pb的THQ值在14个蔬菜样品中均小于1，说明Cu，As，Pb对成人和儿童存在的健康风险不明显；土豆中的Cr，CdTHQ值在成人和儿童中均大于1，说明土豆中的Cr，Cd对人体存在一定健康风险；Cd在14种蔬菜中超标率最高，其最大THQ值为8.92，且由表7中数据可知，Cd对儿童的健康危害大于成人.

表7　蔬菜重金属健康风险危害系数

2.4不确定性分析

在对彭州市凤霞村蔬菜基地进行风险评价的过程中还存在着诸多不确定因素:

① 在计算蔬菜健康风险时只考虑了5种重金属元素的健康风险，对于其他重金属污染物和有机、无机污染物的影响并未作考虑，所得到的结论并不能完全代表凤霞村蔬菜基地的总风险值.

② 在计算蔬菜重金属危害系数(THQ)时直接采用文献中的评价模型，并未对模型进行修正，而不同地区、不同年龄的人群会存在一定差异，因此存在较大的不确定性.

③ 本研究中所采集的蔬菜样本仅有14个，而部分品种蔬菜仅有1个，样本数量较少.因实验过程中存在操作误差等因素，因此存在较大不确定性.

④ 对于蔬菜中重金属污染仅考虑了5种重金属单独的污染情况，多种污染物对人体的联合作用所带来的风险没有进行研究，由于缺乏资料尚不能做出风险评价.因此有较大的不确定性.

3结论

以食品安全国家标准和食品中铜限量卫生标准为评价标准，采用污染指数法对彭州市凤霞村蔬菜基地的蔬菜重金属污染进行评价.评价结果显示：研究中所检测的5种重金属单项污染指数平均值大小为Cd>Cr>Pb>Cu>As，且除Cd属于轻污染外，其他元素含量均未超过食品安全国家标准，处于优良范围.

运用美国环保署发布的目标危害系数法对彭州市凤霞村蔬菜基地的蔬菜食用安全性进行评价.结果表明：Cu，As，Pb的健康危害系数均小于1，对人体健康存在的风险不明显；Cr在土豆中THQ值大于1，说明土豆对Cr的富集作用较大，应加强土豆种植土地中Cr的污染治理；Cd在多种蔬菜中的THQ值均大于1，说明研究区域的蔬菜重金属引起的健康风险主要来自于Cd，应对凤霞村蔬菜基地加强Cd污染的治理.

研究中还发现，芹菜对重金属的富集作用大小与器官有关：根>叶>茎，因此，为了食用安全，应尽量减少芹菜根、叶的食用.

由于不同重金属对不同蔬菜所引起的健康风险有所差异，所以建议根据不同蔬菜采取不同的预防和治理措施，但是最根本的解决措施还在于找到污染源，有针对性地加强污染的治理，减少污染物的排放.

参考文献：

[1]王晓慧. 上海市蔬菜重金属污染效应研究[D]. 上海: 华东师范大学, 2014: 1-107.

[2]钱翌, 刘峥延, 杨立杰. 青岛市蔬菜重金属污染及铅、镉健康风险评价[J]. 中国农学通报, 2011, 27(22): 176-181.

[3]Gergen I, Harmanescu M. Application of principal component analysis in the pollution assessment with heavy metals of vegetable food chain in the old mining areas[J]. Chemistry Central Journal, 2012, 6(46): 24469-24476.

[4]Lente L, Keraita B, Drechsel P,et al. Risk Assessment of Heavy-Metal Contamination on Vegetables Grown in Long-Term Wastewater Irrigated Urban Farming Sites in Accra, Ghana[J]. Water Quality Exposure And Health, 2012, 4(4): 179-186.

[5]孙清斌, 尹春芹, 邓金锋,等. 大冶矿区土壤-蔬菜重金属污染特征及健康风险评价[J].环境化学, 2013(4): 671-677

[6]刘晓宇, 梁琼, 高如泰,等. 长期污灌条件下农田土壤重金属污染环境风险评价[J]. 生态与农村环境学报, 2015, 31(4): 572-578.

[7]Khan M U, Malik R N, Muhammad S. Human health risk from Heavy metal via food crops consumption with wastewater irrigation practices in Pakistan[J]. Chemosphere, 2013,93(10): 2230-2238.

[8]杨晶, 赵云利, 甄泉,等. 某污灌区土壤与蔬菜重金属污染状况及健康风险评价[J]. 生态与农村环境学报, 2014(2): 234-238.

[9]Mahmood A, Malik R N. Human health risk assessment of heavy metals via consumption of contaminated vegetables collected from different irrigation sources in ahore, akistan[J]. Arabian Journal Of Chemistry, 2014, 7(1): 91-99.

[10]Zhang P, Lu H, Li Z,et al. Multiple Exposure and Effects Assessment of Heavy Metals in the Population near Mining Area in South China[J]. Plos One, 2014, 9(4): e94484.

[11]Islam M S, Ahmed M K, Habibullah-Al-Mamun M. Determination of Heavy Metals in Fish and Vegetables in Bangladesh and Health Implications[J]. Human And Ecological Risk Assessment, 2015, 21(4): 986-1006.

[12]GB 2762-2012, 食品中污染物限量[S].

[13]林希, 叶俊君. 蔬菜中重金属含量测定方法的研究状况[J]. 广东微量元素科学, 2013, 20(3): 33-37.

[14]SN/T 0448-2011, 进出口食品中砷、汞、铅、镉的检测方法 电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法[S].

[15]张旭红, 李蔓. 北京市售叶菜类蔬菜重金属含量特征及其健康风险评价[J]. 北京城市学院学报, 2014(3): 8-13.

[16]GB 15199-1994, 食品中铜限量卫生标准[S].

Health risks assessment and characteristics of heavy metals concentrations of vegetables in vegetable base of Pengzhou

LIU Jiaqin, LIU Henghao, ZHENG Yuchuan, TAN Zilong, DENG Xiaomin , WANG Ouping

(School of Science, Xihua University, Chengdu 610000, China)

Abstract:In order to investigate the health risk to human beings caused by heavy metals in vegetables in the Fengxia village of Pengzhou, five kinds of vegetables in total 14 different samples were collected from Fengxia village farmland. The vegetable samples were digested by digestion solution which contain 70% nitric acid and 30% hydrogen peroxide in a thermostatic oven, keep the temperature to 140 ℃ 3～4 h. The contents of five kinds of heavy metal in the vegetable samples were determined by ICP-MS, and the differences of heavy metal contents and enrichment characteristics in vegetables were discussed as well. Single pollution index method and Nemerow pollution index method was applied to evaluate heavy metals pollution in vegetables, evaluated the vegetable safety hazards through the method published by USEPA in 2000. The results showed that concentration of five kinds of heavy metals was Ni > Zn> Cr> Pb > Cu > As > Cd in descending order. There was pollution of different degrees in heavy metals except Cu among vegetable samples; The results of THQ(Target Hazard Quotient) showed that the health risks to adults and children caused by Cu、As、Pb were not obvious; there were some risks to body health due to Cr and Cd in potatoe. The ratio of Cd over the national standards is the highest among the fourteen vegetables. Besides, Cd is more hazards to the health of children than adults.

Key words:pengzhou city; heavy metals; vegetable; health risk assessment

收稿日期：2015-12-10;修回日期：2016-01-08

基金项目：西华大学重点项目(No.Z0913305)

作者简介：刘家琴(1967- )，女，四川内江人，教授，理学博士，主要从事光谱分析、环境分析、食品分析等方向的研究.E-mail: liujq2015@126.com

中图分类号：O657

文献标志码：A

文章编号：1671-9476(2016)02-0094-05

DOI：10.13450/j.cnki.jzknu.2016.02.023